Air Pollution Simulation From Cirebon Power Plant Activity 1
Muhaimin1*, Eko Sugiharto2, Adhitasari Suratman2 Program Studi Pendidikan Kimia FMIPA, Universitas Islam indonesia, Yogyakarta 2 Ilmu Kimia FMIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta *email:
[email protected]
ABTRACT Air pollution modelling from Cirebon power plant activity has been performed by using gaussian plume model. Gaussian plume equation was applied to predict the distribution and concentration of pollutant gases in the air. The aims of this research were to determine the concentration of pollutants in ambient air as a result of power plant activities and modeling dispersion of pollutants in the air from two stacks. The results showed that the maximum concentration for all parameters still be below the Threshold Limit Value permitted by the government regulation. The maximum concentration of SOx is 36.89 µg/m3, while NOx is 31.25 µg/m3. The simulation by using two stacks the maksimum of SOx concentration is 52.95 µg/m3 and NOx with concentration 44.86 µg/m3. Key words: concentration, gaussian plume, modelling, power plant, ABSTRAK Telah dilakukan penelitian simulasi sebaran polutan dari aktivitas PLTU Cirebon dengan menggunakan model gaussian plume. Persamaan gaussian plume digunakan untuk memprediksikan persebaran dan konsentrasi gas polutan di udara. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui konsentrasi polutan di udara ambien akibat dari aktivitas PLTU dan pemodelan dispersi polutan di udara yang berasal dari dua cerobong asap. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi maksimum untuk semua parameter masih berada di bawah baku mutu yang telah ditetapkan. Adapun konsentrasi maksimum untuk parameter SOx sebesar 36,89 µg/m3 sedangkan NOx adalah 31,25 µg/m3. Sedangkan simulasi dengan menggunakan dua cerobong asap konsentrasi maksimum SOx sebesar 52,95 µg/m3 dan NOx sebesar 44,86 µg/m3. Kata kunci: gaussian plume, PLTU, sebaran yang
Pendahuluan Keberadaan pembangkit listrik di
berasal
dari
PLTU,
memiliki
dampak yang besar dan signifikan pada
sekitar pemukiman penduduk membuat
wilayah
kebutuhan masyarakat sekitar menjadi
(Bijaksana et al., 2012 dan Wu et al.,
terpenuhi, akan tetapi dengan adanya
2012). Emisi gas SOx dan NOx dari
emisi gas yang berasal dari pembangkit
pembangkit listrik dengan bahan bakar
listrik
batu
membuat
mendapatkan terpenuhi
dan
kebutuhan
udara dapat
segar
untuk kurang
menimbulkan
pemukiman disekitar PLTU
bara
peningkatan polutan
menunjukkan konsentrasi
terhadap NOx
udara
adanya
emisi
gas
ambien.
penyakit bagi masyarakat di lingkungan
Peningkatan
dipengaruhi
oleh
sekitar pembangkit listrik. Sumber emisi
sumber bergerak dari aktivitas di sekitar
pembangkit listrik yaitu sebesar 90%.
udara dilakukan dengan menggunakan
Emisi ini dapat berdampak langsung
model gaussian plume. Hasil perhitungan
terhadap
ini
kesehatan
masyarakat
atau
adalah
berupa
nilai
konsentrasi
lingkungan sekitarnya, sehingga kontrol
polutan dan gambar dua dimensi yang
untuk emisi gas SOx dan NOx dari
menunjukkan
pembangkit listrik sangat diperlukan
Konsentrasi polutan merupakan fungsi
guna mengurangi dampak lingkungan
dari jarak terdispersinya polutan. Adapun
yang merugikan kesehatan masyarakat
data yang digunakan dalam penelitian ini
(Pierla et al., 2008; Ma, 2010; Ali et al.,
merupakan data sekunder yang diperoleh
2010).
dari PLTU Cirebon.
dispersi
dari
polutan.
Pemodelan dispersi polusi udara
Pengaruh keadaan meteorologi seperti temperatur udara dan kecepatan
dalam
angin dapat berdampak pada dispersi gas-
berdasarkan kasus terburuk (worst case)
gas polutan yang dapat dijelaskan dan
dimana
dihitung
dengan
persamaan
model
atmosfer (Tabel 1 dan 2) dihitung dan
gaussian
plume.
Dispersi
polutan
kemudian dicari nilai yang paling tinggi,
sebanding dengan temperatur udara dan
dan nilai yang paling tinggi tersebut
berbanding terbalik dengan kecepatan
menunjukkan
angin (Fatehifar., 2008; Sabri., 2011).
atmosfer selama dispersi polutan terjadi.
Perbedaan
mempengaruhi
Data yang diperoleh selama satu tahun
konsentrasi polutan SO2 dari pembangkit
dari bulan Oktober 2012 sampai dengan
listrik nantinya berpengaruh terhadap
September 2013. Data yang digunakan
kualitas udara ambien (Palau et al.,
berupa data rata-rata dalam satu tahun
2009).
tersebut.
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
musim
1. Mengetahui konsentrasi polutan
penelitian
nilai
dari
ini
dilakukan
semua
stabilitas
stabilitas dari keadaan
Model gaussian plume Aspek kualitatif dari teori dispersi
di udara ambien akibat dari
polutan
di
udara
adalah
untuk
aktivitas PLTU.
mendiskripsikan keadaan emisi di udara
2. Pemodelan dispersi polutan di
dari sumber pencemar (point source).
udara yang berasal dari dua
Salah satu model dispersi polutan di
cerobong asap.
udara adalah Model gaussian plume
Metode Penelitian/Penulisan
(Coll, 2002). Model gaussian plume
Metode penelitian yang dilakukan
sering digunakan untuk memprediksikan
untuk mengetahui dispersi polutan di
dispersi polutan secara kontinyu yang
Air Pollution From Cirebon Power Plant Activity (Muhaimin, Eko Sugiharto, Adhitasari Suratman)
15
berasal dari permukaan atau dataran
z : Jarak vertikal (ketinggian) (m)
tinggi. Hal ini mengasumsikan bahwa
Q : Laju emisi sumber (g/s)
dispersi polutan mempunyai distribusi
u : Kecepatan angin (m/s)
atau
gaussian probabilitas
memiliki
normal.
mengasumsikan memiliki
distribusi
Model
bahwa
keadaan
yang
ini
H : Tinggi efektif cerobong (m) σy :456,11628(x)tanθ : Koefisien dispersi
atmosfer
searah sumbu y (koefisien lateral (m))
stagnan,
θ : 0,017453293[c-d ln (x)]
homogen dan konsentrasi dari polutan
σz : axb : Koefisien dispersi searah sumbu
akan
x (koefisien vertikal (m)).
terdistribusi
secara
normal
Koefisien dispersi tersebut tidak
(Ukaigwe et al, 2013). Model gaussian plume adalah
saja merupakan fungsi dari jarak tetapi
sebuah pendekatan yang digunakan untuk
juga
bergantung pada
kestabilan
mempelajari polutan di udara karena
atmosfir (Nauli, 2002). Koefisien a, b, c
adanya turbulen difusi dan adveksi yang
dan d disajikan dalam Tabel 1 dan 2
disebabkan oleh angin (Stockie, 2011).
(Vallero, 2008). Tabel 1. Nilai c dan d untuk σy Stabilitas c d
Adapun persamaan dari Model gaussian plume untuk dispersi polutan di udara ditunjukkan pada persamaan 1 (Weiner
A
24,1670
2,5334
dan Matthews, 2003).
B
18,3330
1,8096
C
12,5000
1,0857
D
8,3330 0,72382
di mana:
E
6,2500 0,54287
C(x,y,z) : Konsentrasi polutan (g/m3)
F
4,1667 0,36191
x : Jarak jatuhnya polutan (m) y : Jarak horizontal dari sumbu sebaran (m) Tabel 2. Nilai a dan b untuk σz Stabilitas
Jarak
a
b
Stabilitas
>3,11
A
16
Jarak
a
b
>40
47,618
0,29592
0,5–3,11
453,85
2,1166
20–40
35,420
0,37615
0,4–0,5
346,75
1,7283
10–20
26,970
0,46713
0,3–0,4
258,89
1,4094
4–10
24,703
0,50527
0,25–0,3
217,41
1,2644
2–4
22,534
0,57154
0,2–0,25
179,52
1,1262
1–2
21,628
0,63077
0,15–0,2
170,22
1,0932
0,3–1
21,628
0,7566
E
EKSAKTA Vol. 16 No. 1-2 Agustus 2015
B
0,1–0,15
158,08
1,0542
0,1–0,3
23,331
0,81956
<0,1
122,8
0,9447
<0,1
24,260
0,8366
0,4–35
109,300
10.971
>60
34,219
0,21716
0,2–0,4
98,483
0,98332
30–60
27,074
0,27436
<0,2
90,673
0,93198
15–30
22,651
0,32681
all x
61.141
0,91465
7–15
17,836
0,415
>30
44,053
0,51179
3–7
16,187
0,4649
10–30
36,650
0,56589
2–3
14,823
0,54503
3–10
33,504
0,60486
1–2
13,953
0,63227
1–3
32,093
0,64403
0,7–1,0
13,953
0,68465
0,3–1
32,093
0,81066
0,2–0,7
14,457
0,78407
0,3
34,459
0,86974
<0,2
15,209
0,81558
C
D
2.
Pasquill. Metodologi ini didasarkan pada
Kelas stabilitas atmosfer Kondisi stabilitas di atmosfer
terkait dengan
pengukuran
kecepatan
angin
pada
atmosfer
ketinggian 10 m dan intensitas radiasi
untuk mencampur dan menyebar polutan.
matahari siang hari dan tutupan awan
Kondisi ini juga menentukan kondisi
pada malam hari (Lazaridis, 2010). Tabel
turbulensi di atmosfer dan pembentukan
3 menunjukkan kelas stabilitas atmosfer
awan. Sebuah metodologi yang diterima
berdasarkan pada Pasquill (Beychok,
secara luas untuk perhitungan stabilitas
1994).
atmosfer
telah
kemampuan
F
diperkenalkan
oleh
Tabel 3. Klasifikasi kelas stabilitas atmosfer Kecepatan Angin
Siang
Malam
Pancaran Sinar Matahari
Tertutup Awan Berawan
Cerah
(>4/8)
(<3/8)
B
-
-
B
C
E
F
B
B-C
C
D
E
5-6
C
C-D
D
D
D
>6
C
D
D
D
D
(m/s)
Kuat
Sedang
Lemah
<2
A
A-B
2-3
A-B
3-5
Keterangan : A = Sangat Tidak Stabil B = Tidak Stabil C = Sedikit Tidak Stabil Air Pollution From Cirebon Power Plant Activity (Muhaimin, Eko Sugiharto, Adhitasari Suratman)
D = Netral E = Agak sedikit stabil F = Stabil
17
oksigen yang disuplai dari udara bebas
Pembahasan 3.1 Persebaran
polutan
di
udara
yang banyak mengandung nitrogen. Polutan yang diemisikan dari
ambien meteorologi
cerobong asap PLTU tersebut akan
pada bulan Oktober 2012 sampai dengan
terdispersi ke udara ambien, sehingga
September 2013 arah angin ditunjukkan
kualitas udara ambien akan menurun dan
pada Gambar 1. Gambar 1 menunjukan
akan berdampak pula pada penerima
bahwa arah angin terlihat dari barat daya
(reseptor) seperti manusia, hewan serta
ke arah timur laut dengan kecepatan
tumbuh-tumbuhan.
angin rata-rata sebesar 1,91 m/s.
pola dispersi emisi yang keluar dari
Berdasarkan
data
Untuk
mengetahui
cerobong asap PLTU dan konsentrasi polutan di udara, pemodelan dispersi polusi
udara
dilakukan
dengan
menggunakan model gaussian plume. Model gaussian plume sering digunakan
untuk
memprediksikan
dispersi polutan secara kontinyu yang Gambar 1. Arah angin pada bulan Oktober 2012 sampai dengan September 2013 3.2 Pemodelan dispersi polutan di
tinggi. Hal ini mengasumsikan bahwa dispersi polutan mempunyai distribusi gaussian
udara Salah
berasal dari permukaan atau dataran
satu
dampak
yang
diakibatkan oleh aktivitas PLTU adalah emisi gas buang dari pembakaran batu bara dan debu terhadap kualitas udara ambien. Polutan yang diemisikan dari cerobong asap PLTU adalah berupa SOx, dan NOx. Gas SOx dihasilkan dari kandungan sulfur yang ada dalam batu bara, sedangkan gas NOx merupakan
atau
probabilitas
memiliki
normal.
mengasumsikan memiliki
keadaan
distribusi
Model
bahwa yang
ini
atmosfer stagnan,
homogen dan konsentrasi dari polutan akan terdistribusi secara normal. Input untuk model ini sangat sederhana yang meliputi kecepatan angin, arah angin, jarak polutan dari sumber dan koefisien dispersi σy dan σz (Ukaigwe et al., 2013).
hasil dari proses pembakaran batu bara. Proses
18
pembakaran
ini
memerlukan
EKSAKTA Vol. 16 No. 1-2 Desember 2015
Tabel 4. Konsentrasi Polutan dari hasil Pemodelan Jenis Polutan
Baku Mutu Konsentrasi
Berdasarkan PP No.41 Tahun 1999
disebabkan karena dengan kecepatan angin yang besar polutan akan semakin cepat
terdispersi
mengakibatkan
oleh
udara
konsentrasi
dan
polutan
SOx
36,89 µg/m3
60 µg/m3
menjadi menurun dari sumber ke jarak
NOx
31,25 µg/m3
100 µg/m3
yang lebih jauh dari sumber.
Hasil pemodelan menunjukkan
Pola dispersi polutan di udara
konsentrasi polutan di udara baik SOx
untuk SOx ditunjukkan pada Gambar 2
maupun NOx masih berada di bawah
sedangkan
baku
ditunjukkan pada Gambar 3. Perbedaan
mutu
berdasarkan
peraturan
untuk
polutan
NOx
pemerintah no. 41 tahun 1999 tentang
warna
pengendalian pencemaran udara. Adapun
menunjukkan
hasil pemodelan dispersi polutan di udara
konsentrasi, warna magenta menunjukkan
ditunjukkan Tabel 4.
kepekatan
pada
setiap
jarak
tingkat
konsentrasi
tertentu perbedaan
polutan
yang
Hasil pemodelan dispersi polusi
paling tinggi, kemudian untuk warna
udara untuk SOx dan NOx masih berada
kuning menunjukkan konsentrasi polutan
di bawah baku mutu, hal ini dipengaruhi
yang paling tendah. Apabila dilihat pada
oleh beberapa faktor diantaranya faktor
color bar yang berada pada sebelah
kecepatan angin dan air hujan. Dengan
kanan gambar, menunjukkan semakin ke
adanya air hujan, polutan di atmosfer
bawah maka nilainya akan semakin
akan mengalami deposisi yang berakibat
menurun
pada penurunan konsentrasi pada polutan
warna dari magenta ke warna kuning.
seiring dengan
berubahnya
(Verkatram, 2004). Kemudian Semakin besar kecepatan angin maka konsentrasi polutan akan semakin kecil, hal ini
Gambar 2. Pola dispersi polutan SOx di udara Air Pollution From Cirebon Power Plant Activity (Muhaimin, Eko Sugiharto, Adhitasari Suratman)
19
Gambar 3. Pola dispersi polutan NOx di udara 3.3 Pemodelan dispersi polutan di udara dengan menggunakan dua
PLTU
Cirebon
Unit
2
yang akan
dibangun dengan kapasitas 1.000 MW. PLTU Cirebon Unit 1 dan 2
cerobong asap Pemodelan dispersi polutan di
masing-masing memiliki 1 cerobong
menggunakan
dua
asap. Pembangunan PLTU Cirebon Unit
dilakukan
guna
2 akan dilakukan di area yang sama
mengetahui pola dispersi dan konsentrasi
dengan PLTU Cirebon Unit 1, di Desa
polutan di udara yang berasal dari dua
Kanci, Kabupaten Cirebon, Jawa Barat,
unit PLTU. Spesifikasi dari masing-
atau sekitar 10 kilometer sebelah timur
masing cerobong yang berasal dari PLTU
Kota Cirebon. PLTU baru tersebut akan
1 dan PLTU 2 dibuat sama baik secara
menjadi satu unit sendiri (Sandi, 2013).
fisik maupun kondisi polutan yang
Pemodelan dilakukan untuk mengetahui
dikeluarkan, kecuali untuk laju emisi
konsentrasi
masing-masing polutan.
polutan yang berasal dari dua unit PLTU
udara
dengan
cerobong
asap
Laju emisi SOx yang digunakan untuk pemodelan dengan menggunakan
maksimum
dan
dispersi
tersebut. Jarak
maksimum
jangkauan
dua cerobong asap adalah sebesar 18,698
polutan yang digunakan adalah 10 km
g/s sedangkan laju emisi untuk NOx yang
(searah sumbu x), sedangkan jarak untuk
digunakan adalah 15,841 g/s. Laju emisi
arah sebaran polutan menyamping sekitar
yang digunakan ini berdasarkan pada data
1,5 km ke kanan dan kiri dari posisi
sekunder yang diperoleh dari PLTU 1.
cerobong asap. Kemudian jarak antar
PLTU 1 merupakan PLTU Cirebon Unit
cerobong dibuat 500 meter. Dispersi
1 yang sudah beroperasi dengan kapasitas
polutan dalam pemodelan ini dilihat
660 MW, sedangkan PLTU 2 merupakan
apabila cerobong asap berada pada posisi saling membelakangi (depan-belakang).
20
EKSAKTA Vol. 16 No. 1-2 Desember 2015
Adapun hasil pemodelan polusi udara
ditunjukkan
pada
Gambar
4
untuk
yang berasal dari dua cerobong asap
polutan SOx dan Gambar 5 untuk NOx.
Gambar 4. Pola dispersi polutan SOx di udara yang berasal dari dua cerobong asap
Gambar 5. Pola dispersi polutan NOx di udara yang berasal dari dua cerobong asap Hasil pemodelan menunjukkan
pada peraturan pemerintah nomor 41
bahwa konsentrasi polutan masih berada
tahun
di bawah baku mutu udara ambien, hal ini
dispersi polutan dengan menggunakan
disebabkan
dua
konsentrasi dari
masing-
1999.
Kemudian
cerobong
asap
pemodelan
menunjukkan
masing polutan sebelum diolah masih
konsentrasi polutan yang dihasilkan juga
berada di bawah baku mutu.
masih berada dibawah baku mutu.
Kesimpulan
Ucapan Terima kasih
Berdasarkan dispersi
polusi
hasil
udara
pemodelan
Ucapan
terima
kasih
penulis
menunjukkan
sampaikan kepada PLTU Cirebon dan
bahwa konsentarsi polutan di udara masih
PSLH UGM atas bantuan dan data
berada di bawah baku mutu berdasarkan Air Pollution From Cirebon Power Plant Activity (Muhaimin, Eko Sugiharto, Adhitasari Suratman)
21
sekunder yang telah diberikan selama penulis melakukan penelitian. Pustaka Ali, M., and Athar M., 2010, Dispersion modeling of noxious pollutants from Thermal power plants, Turkish J.Eng.Env.Sci., 34, 105 – 120. Beychok, M.R.,1994, Fundamental of Stack Gas Dispersion, Newport Beach, California. Bijaksana, A.M.A., Sjahrul, M., Nadjamuddin Harun, dan Rudy Djamaluddin, 2012, The effects of Gas Emission Steam Power Plant On The Surrounding Residential Area. IJCEE-IJENS. Vol. 12 No: 03. Coll, J., 2002, Air Pollution. 2nd ed., New Fetter Lane, London. Fatehifar, E., Elkamel, A.A., Alizadeh O, A. Charchi., 2008, Developing a new model for simulation of pollution dispersion from a network of stacks. Applied Mathematics and Computation 206: 662–668. Lazaridis, M., 2010, First Principles of Meteorology and Air Pollution. Enviromental Pollution Vol. 19. Springer, London. Ma, S., 2010, Simulation on SO2 and NOx Emission from Coal Fired Power Plants in North-Eastern North America, Energy and Power Engineering,2, 190-195. Nauli, T., 2002. Pola Sebaran Polutan Dari Cerobong Asap, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilimiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN, Yogyakarta. Palau, J. L. J., dan Meliá, D. S., 2009, Seasonal Differences In SO2 Ground-Level Impacts From A Power Plant Plume On Complex Terrain, Environ. Monit. Assess., No. 149. p. 445–455. 22
Pirlea, H. G.A., Brusturean, D. SilaghiPerju, dan D. Perju, 2008, Simulation of NO2 Emission Dispersion in Timisoara City, in a Certain Reference Point in Relation with A Stationary Source. Chem. Bull. Politehnica Univ. (Timişoara). Volume. 53(67), 1-2. Sabri, A.A., 2011, Mathematical Model For The Study Effects Of Meteorological Conditions On Dispersion Of Pollutants In Air. Diyala Journal of Engineering Sciences, 04, 02 , 150-165. Sandi, A. P., 2013, Ekspansi Pltu Cirebon 2 Tunggu Harga Listrik, http://www.tempo.co/read/news/2 013/09/23/090515835/EkspansiPLTU-Cirebon-2-Tunggu-HargaListrik. Diakses tanggal 23 Oktober 2013. Stockie, John M, 2011, The Mathematics of Atmospheric Dispersion Modeling. SIAM Review. Vol. 53, No. 2, pp. 349–372. Ukaigwe, Sandra A., dan Osoka, E.C., 2013, Air Quality Monitoring Using Model: A Review. IJSR. Vol.2 ed. 9. Vallero, Daniel A., 2008, Fundamentals Of Air Pollution, 4th ed., Elsevier, UK. Venkatram, A., 2004, The Role Of Meteorological Inputs In Estimating Dispersion From Surface Release, Atmos. Environ, 38, 16, 2439-2446. Wu, Y.L., Rahmaningrum, D.G., Lai, Y.C., Tu, L.K., Lee, S.J., Wang, L.C., and Chien, C.G.P., 2012, Mercury Emissions from a CoalFired Power Plant and Their Impact on the Nearby Environment, Aerosol and Air Quality Research, 12, 643–650. Weiner dan Matthews, 2003, Environmental Engineering. Fourth Edition. Elsevier Science. USA
EKSAKTA Vol. 16 No. 1-2 Desember 2015
